Устройство для определения размеров аэрозольных частиц Советский патент 1991 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений размеров частиц в различных областях науки и техники при исследованиях двухфазных сред, в частности при летных испытаниях летательных аппаратов в условиях обледенения.

Цель изобретения - повышение точности и расширение пределов измерения размеров отдельных аэрозольных частиц.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - конструкция светопроводящих каналов.

Устройство (фиг.1) состоит из квантового генератора 1, формирующего объектива 2 и примыкающего к нему светопроводящего

канала 3. Светопроводящий канал 4 заканчивается непрозрачной перегородкой 5 и установлен перед Фурье-преобразующим объективом 6. Внутренняя поверхность светопроводящих каналов выполнена в виде цилиндров, оси которых совпадают с оптической осью устройства Лазерный луч 7. распространяющийся вдоль оптической оси, образует между торцами светопроводящих каналов 3 и 4 измерительный объем 8 Фигурная диафрагма 9 установлена за объективом 6 перед цилиндрической линзой 10. В фокальной плоскости линзы 10 установлен фотоприемник 11.

Работой фотоприемника управляет система 12 автоматической обработки резульо

00 О 00

о

татов измерений. Результаты измерений отображаются на устройстве 13 индикации. Все потребители электрической энергии подсоединены к блоку 14 питания.Источник 15 избыточного давления подсоединен к светопроводящим каналам 3 и 4 с помощью трубопроводов 16.

Светопроводящие каналы выполнены (фиг.2) в виде металлических секций 17 и 18, соединенных прослойкой 19 материала, имеющего большее электрическое сопротивление (нагревательный элемент). Секции 17 и 18 подключены к источнику 20 электрического тока. Источником электрического тока может являться блок 14 питания.

Устройство работает следующим образом.

Поток аэрозоли пересекает измерительный объем 8, образованный лучом 7 оптического квантового генератора 1 между торцами светопроводящих каналов 3 и 4. Рассеянное аэрозольными частицами лазерное излучение проходит через Фурье- преобразующий объектив 6 и после изменения интенсивности световой энергии диафрагмой 9 попадает на цилиндрическую линзу 10. Затем сформированный объективом 6, фигурной диафрагмой 9 и линзой 10 дифракционный образ аэрозольных частиц проецируется на фотоприемнике 11. Дифракционный образ в виде аналогового электрического сигнала снимается с ячеек фотоприемника 11 и обрабатывается автоматической системой 12, где проводится диагностирование детерминированного случайного привязанного к координатам устройства суммарного дифракционного спектра ансамблей аэрозольных частиц по признакам, связанным с закономерностями дифракционной картины рассеяния от единичной капли.

Результаты обработки дифракционного спектра ансамблей частиц (или единичной частицы) в виде функции распределения частиц по диаметрам выдаются на устройство 13 индикации.

Недифрагированное лазерное излучение попадает в замкнутый непрозрачной перегородкой 5 светопроводящий канал 4, являющийся ловушкой для лазерного луча и препятствующий ослеплению соседних с оптической осью ячеек линейного фотоприемника.

Обмерзание наружных поверхностей светопроводящих каналов 3 и 4, которое может произойти при осаждении на них переохлажденных водяных капель, устраняется нагревом прослойки 39 материала с большим омическим сопротивлением (а следовательно, и нагревом всей конструкции

каналов) при прохождении через нее электрического тока.

Попаданию в светопроводящие каналы 3 и 4 аэрозольных частиц препятствует наличие в них избыточного давления (по сравнению с давлением газовой фазы в аэрозольном потоке). Избыточное давление поступает в каналы 3 и 4 от источника 15 по трубопроводам 16. Создаваемый при этом

0 поток газа одновременно охлаждает внутреннюю поверхность каналов 3 и 4, чем устраняется возможность перегрева нагревательных элементов.

Внешняя поверхность светопроводя5 щих каналов профилируется из соображений создания минимального аэродинамического сопротивления обтекающему ее аэрозольному потоку и тем самым внесения в поток минимальных ис0 кажений.

Формула изобретения

Устройство для определения размеров

5 аэрозольных частиц, содержащее оптически согласованные квантовый генератор, формирующий объектив и измерительный объем, фигурную диафрагму, Фурье-преоб- разующий объектив, оптически согласован0 ные цилиндрическую линзу и фотоприемник в виде линейного прибора зарядовой связи (ПЗС), соединенный с системой автоматической обработки и отображения результатов измерений, отличающееся тем, что, с

5 целью повышения точности и расширения пределов измерения размеров отдельных аэрозольных частиц, Фурье-преобразую- щий объектив оптически согласован с расположенными после него фигурной

0 диафрагмой и цилиндрической линзой, измерительный объем сформирован между торцами двух светопроводящих каналов, внутренняя поверхность которых имеет цилиндрическую форму, диаметр цилиндров

5 больше диаметра лазерного луча, а оси совпадают с оптической осью устройства, причем один из световодов оптически согласован с формирующим объективом и является его продолжением, другой установлен перед Фурье0 преобразующим объективом и заканчивается непрозрачной перегородкой, примыкающей к преобразующему объективу, внешние поверхности светопроводящих каналов профилированы и выполнены из металлических секций,

5 разделенных слоями материала с большим электрическим сопротивлением и подключенных к источнику электрического тока, устройство дополнительно содержит источник избыточного давления газовой фазы, соединенный со светопроводами.

flftf #Ь

&

Фиг.1

Изоброетение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размеров частиц в различных областях науки и техники при исследованиях двухфазных сред, в частности при летных испытаниях летательных аппаратов в условиях обледенения. Цель изобретения - повышение точности и расширение пределов измерения размеров отдельных аэрозольных частиц. Принцип работы устройства ос- нован на регистрации рассеянного частицами лазерного излучения в измерительной ячейке между торцами светопрово- дящих каналов. Дифракционный Фурье-образ аэрозольных частиц в виде аналогового сигнала снимается с фотоприемника и обрабатывается по признакам, связанным с закономерностями дифракционной картины от единичных сферических аэрозольных частиц Светопроводящие каналы имеют профилированную внешнюю поверхность. Обмерзание свегопроводя- щих каналов устраняется электрическим нагревом. Попаданию в сеетопроводящие каналы аэрозольных частиц препятствует создание в них избыточного давления 2 ил